JP4418243B2 - ジェリーロール型の電極組立体とこれを採用した二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は二次電池に係り、さらに詳細には負極板が正極板及びセパレータと共に巻取られる過程で生じる変形を最小化できるように構造が改善されたジェリーロール型の電極組立体とこれを採用した二次電池に関する。
二次電池は、充電が不可能な一次電池とは違って充電及び放電が可能な電池であって、携帯電話、ノート型パソコン、カムコーダのような先端電子機器分野で広く使われている。特に、リチウム二次電池は、作動電圧が３.６Ｖであり、電子装備電源として多く使われているニッケル−カドミウム電池や、ニッケル−水素電池より３倍も高く、単位重量当りエネルギー密度が高いという側面で急速に普及されている。
このようなリチウム二次電池は、主に正極活物質としてリチウム系酸化物、負極活物質として炭素材を使用している。一般的に、電解液の種類によって液体電解質電池と高分子電解質電池とに分類され、液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池といい、高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池という。また、リチウム二次電池は、色々な形状に製造されているが、代表的な形状には円筒形、角形、そしてパウチ型がある。このうちパウチを外装材とするパウチ型二次電池の場合、単位重量及び体積当りエネルギー密度をさらに高められ、電池の薄型化及び軽量化を可能にするだけでなく、外装材のコストを節減できて有利な点が多い。
このようなパウチを外装材とする二次電池を図１に示した。
図面を参照すれば、二次電池１０はパウチ型の外装材１１と、これに収容されて密封される電極組立体２０とを備える。
前記外装材１１は、カバー１２とケース１３とに分けられており、前記ケース１３内に電極組立体２０が収容され、このような状態でカバー１２とケース１３とを結合させて電池を密封させる。
そして、前記電極組立体２０は、集電体に活物質を塗布し、これを乾燥させた後、ロールプレッシング及び切断して各々形成させた負極板及び正極板間にセパレータを挿し込んで巻取りらせたジェリーロール型よりなり、前記負極板及び正極板からは負極タブ２３及び正極タブ２４が各々引出されている。
前記のような電極組立体において、負極板及び正極板の巻取り開始部分を図２に示した。
図面を参照すれば、前記負極板２１はストリップ状の負極集電体２１ａに負極活物質がコーティングされた負極コーティング部２１ｂと負極活物質がコーティングされていない負極無地部２１ｃとよりなり、前記正極板２２はストリップ状の正極集電体２２ａに正極活物質がコーティングされた正極コーティング部２２ｂと正極活物質がコーティングされていない正極無地部２２ｃとよりなる。前記負極無地部２１ｃと正極無地部２２ｃとには各々負極タブ２３と正極タブ２４とが溶接によって固定設置されて負極板２１及び正極板２２から突出されている。前記のように負極タブ２３及び正極タブ２４が各々結合された負極無地部２１ｃ及び正極無地部２２ｃは各々巻取り開始部分を構成する。
このように構成された正極板及び負極板は、図３に示されたような過程で多孔性のセパレータと共にジェリーロール型に巻取られる。
図面を参照すれば、非円形のマンドレル３０に対して２枚の第１、２セパレータ２５ａ,２５ｂが所定長さだけ先に巻取られ、巻取られた第１、２セパレータ２５ａ,２５ｂ間に負極無地部２１ｃを先端とする負極板２１が配置され、正極無地部２２ｃを先端とする正極板２２が第１セパレータ２５ａの外側に配置され、負極板２１の先端から所定長さだけ遅延された状態で第１、２セパレータ２５ａ,２５ｂと共に巻取られる。
しかし、図面に示されたように、前記負極無地部２１ｃの長さは、比較的長く、その厚さも正極無地部２２ｃに比べて通常的に薄く構成されることによって、初期巻取り時に負極無地部２１ｃがしわになる変形が容易に発生してしまう。このように負極無地部２１ｃが変形された状態で巻取られれば、負極無地部２１ｃの両側面に各々対向される第１、２セパレータ２５ａ,２５ｂを損傷させ、このような損傷は負極板２１と正極板２２とのショートを誘発させうる。また、前記負極無地部２１ｃに結合される負極タブ２３の位置不良を発生させて今後組立て不良を惹起してしまう。
本発明の目的は、負極板が正極板及びセパレータと共に巻取られる過程で発生する変形を最小化して電極タブの位置不良を防止できるジェリーロール型電極組立体とこれを採用した二次電池を提供することである。
本発明によるジェリーロール型の電極組立体は、巻取り時に最内角に位置し、負極活物質が形成されていない負極無地部が設けられた負極板と、前記負極板と所定間隔に離隔されるものであって、巻取り時に最内角に位置し、正極活物質が形成されていない正極無地部が設けられた正極板と、前記負極板と正極板間に介在されて巻取られた状態でこれらを絶縁させるセパレータと、前記負極無地部及び正極無地部に各々電気的に結合される負極タブ及び正極タブと、を備え、前記負極無地部の幅長が前記負極タブの幅長の２〜３培であることを特徴とする。
本発明によるジェリーロール型の電極組立体は、巻取り時に最内角に位置し、負極活物質が形成されていない負極無地部が設けられた負極板と、前記負極板と所定間隔に離隔されるものであって、巻取り時に最内角に位置し、正極活物質が形成されていない正極無地部が設けられた正極板と、前記負極板と正極板間に介在されて巻取られた状態でこれらを絶縁させるセパレータと、前記負極無地部及び正極無地部に各々電気的に結合される負極タブ及び正極タブと、を備え、前記正極無地部の幅長が前記負極無地部の幅長の１.５〜３倍であることを特徴とする。
本発明によるジェリーロール型の電極組立体は、巻取り時に最内角に位置し、負極活物質が形成されていない負極無地部が設けられた負極板と、前記負極板と所定間隔に離隔されるものであって、巻取り時に最内角に位置し、正極活物質が形成されていない正極無地部が設けられた正極板と、前記負極板と正極板間に介在されて巻取られた状態でこれらを絶縁させるセパレータと、前記負極無地部及び正極無地部に各々電気的に結合される負極タブ及び正極タブと、を備え、前記正極無地部及び負極無地部の各開始位置を基準として、前記正極タブが前記負極タブより遠い位置に配置されたことを特徴とする。
本発明によるジェリーロール型の電極組立体は、巻取り時に最内角に位置し、負極活物質が形成されていない負極無地部が設けられた負極板と、前記負極板と所定間隔に離隔されるものであって、巻取り時に最内角に位置し、正極活物質が形成されていない正極無地部が設けられた正極板と、前記負極板と正極板間に介在されて巻取られた状態でこれらを絶縁させるセパレータと、前記負極無地部及び正極無地部に各々電気的に結合される負極タブ及び正極タブと、を備え、前記負極無地部の幅長が前記負極タブの幅長の２〜３倍であり、前記正極無地部の幅長が前記負極無地部の幅長の１.５〜３倍であり、前記正極無地部及び負極無地部の各開始位置を基準として、前記正極タブが前記負極タブより遠い位置に配置されたことを特徴とする。
本発明による二次電池は、巻取り時に最内角に位置し、負極活物質が形成されていない負極無地部が設けられた負極板と、前記負極板と所定間隔に離隔されるものであって、巻取り時に最内角に位置し、正極活物質が形成されていない正極無地部が設けられた正極板と、前記負極板と正極板間に介在されて巻取られた状態でこれらを絶縁させるセパレータと、前記負極無地部及び正極無地部に各々電気的に結合される負極タブ及び正極タブと、を備え、前記負極無地部の幅長が前記負極タブの幅長の２〜３倍であるジェリーロール型の電極組立体と、前記電極組立体が収容されるケースと、前記ケースと相互融着結合されて電池を密封させるカバーを備える外装材と、を含んでなることを特徴とする。
本発明によれば、負極板が正極板及びセパレータと共に巻取られる過程で負極無地部に発生する変形が最小化して、負極タブの位置不良が防止される。したがって、電池の組立性を向上できるという効果が得られる。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
図４には、本発明の一実施例による電極組立体において、正極板及び負極板の巻取り開始部分が示されており、図５には図４の正極板及び負極板がセパレータと巻取られる過程が示されている。
図面を参照すれば、負極板１１１は、細長状の金属薄板よりなる負極集電体１１２を備える。前記負極集電体には、例えば、銅薄板が使用されうる。
前記負極集電体１１２には負極活物質がコーティングされた負極コーティング部１１３が形成されている。前記負極活物質には、例えば、炭素材にバインダー、可塑剤、導電材が含まれた混合物よりなる。
前記負極板１１１には負極活物質がコーティングされていない負極無地部１１４が負極集電体１１２の一端部に所定長さを有する領域よりなる。前記負極無地部１１４は巻取り開始部分であり、巻取り後には最内角の巻取り中心に位置する。
そして、正極板１１５は、細長状の金属薄板よりなる正極集電体１１６を備える。前記正極集電体には、例えば、アルミニウム薄板が使用されうる。
前記正極集電体１１６には正極活物質がコーティングされる正極コーティング部１１７が形成されている。前記正極活物質は、例えば、リチウム系酸化物にバインダー、可塑剤、導電材が含まれた混合物よりなる。前記正極板１１５には、正極活物質がコーティングされていない正極無地部１１８が正極集電体１１６の少なくとも一端部に所定長さを有する領域よりなる。前記正極無地部１１８は巻取り開始部分であり、巻取り後には最内角の巻取り中心に位置する。
一方、本発明の一実施例によれば、前記負極無地部１１４の厚さは、約１０μｍ、正極無地部１１８の厚さは約１５μｍで、前記負極無地部１１４の厚さが正極無地部１１８に比べて薄く構成されている。
そして、前記負極無地部１１４には負極タブ１２１が溶接によって接合されて負極板１１１に対して電気的に連結され、前記正極無地部１１８には正極タブ１２２が溶接によって接合されて正極板１１５に対して電気的に連結される。
また、前記負極タブ１２１及び正極タブ１２２が接合される部位には、その上面に保護部材（図示せず）が設置されうる。前記保護部材は、前記接合される部位を保護して短絡を防止するためのものであって、耐熱性を有する素材、例えば、ポリエステルのような高分子樹脂が利用される。
本発明の一特徴によれば、負極無地部１１４において巻取り方向に沿う幅長が望ましくは、前記負極無地部１１４に結合される負極タブ１２１の幅長の２〜３倍程度であって、図２に示された従来技術による負極板１１１において負極無地部１１４の巻取り方向による幅長に比べて非常に短い。前記負極無地部１１４は、負極タブ１２１が容易に接合される程度の幅長を最小化して設けられることが望ましい。
そして、前記負極無地部１１４の幅長が短くなるにつれて、これに相応して正極無地部１１８の幅長が正極タブ１２２の幅長程度、望ましくは前記負極無地部１１４の幅長の１.５〜３倍、さらに望ましくは１.５〜２倍に長くなる。また、前記正極タブ１２２の位置も正極無地部１１８の先端側に偏って接合されることが望ましい。これにより、前記正極板１１５において正極コーティング部１１７と正極無地部１１８間の境界である正極無地部１１８の開始位置と、前記負極板１１１において負極コーティング部１１３と負極無地部１１４間の境界である負極無地部１１４の開始位置とを基準とする時、前記正極タブ１２２が負極タブ１２１より遠い位置、すなわち、先んじた位置に配置される。これについてのさらに詳細な説明は後述される。
前記のように構成された負極板及び正極板は、図５に示されたように多孔性のセパレータと共にジェリーロール型に巻取られて電極組立体を構成する。
図示されたように、非円形のマンドレルに対して２枚の第１、２セパレータ１２３,１２４が所定長さだけ先に巻取られる。そして、前述したような負極板１１１及び正極板１１５が前記のような第１、２セパレータ１２３,１２４間と第１セパレータ１２３の外側とに各々配置される。前記第１、２セパレータ１２３,１２４は巻取り後、前記正極板１１１と負極板１１５間を相互絶縁する一方、正極板１１１及び負極板１１５間に活物質イオンを交換させる。
前記負極板１１１は、負極無地部１１４を先端として第１、２セパレータ１２３,１２４に挿し込まれて巻取られ、前記正極板１１５は第１セパレータ１２３の外側に正極無地部１１８を先端として前記負極板１１１の先端から所定長さだけ遅延されて巻取られる。
本発明の一特徴によれば、巻取り方向による前記負極無地部１１４の幅長は、負極タブ１２１の幅長の約２〜３倍であって、図２に示された従来の負極無地部２１ｃの幅長より短く形成されているので、初期巻取り時に前記負極無地部１１４がしわになるような変形が最小化されうる。これにより、前記負極無地部１１４の両側面に各々配置される第１、２セパレータ１２３,１２４の損傷が防止されて負極板１１１と正極板１１５間のショート発生を防止できる。また、前記負極無地部１１４の変形要因の除去によってこれに結合される負極タブ１２１が定位置に置かれうる。
一方、前記負極無地部１１４の幅長が、図２に示された従来の負極無地部２１ｃの幅長に比べて短いので、これに結合される負極タブ１２１が従来の負極無地部１１４に結合された負極タブ１２１より先に挿し込まれる。したがって、コスト節減のために従来の設備をそのまま利用する場合に、正極板１１５が負極板１１１に比べて遅延されて挿し込まれる長さが同一になるが、このような場合において、負極タブ１２１と正極タブ１２２間の間隔が非常に狭まって重畳される恐れがあるので、これを防止するために、正極無地部１１８の幅長を所定長さだけのばし、前記正極無地部１１８に結合される正極タブ１２２を正極無地部１１８の先端側に所定長さだけ偏るように位置させることが望ましい。
前述したように負極板１１１及び正極板１１５が設けられて電極組立体１１０が構成されれば、図６に示すように前記正極タブ１２２が巻取り中心側に多少位置変更されるが、このような位置変更が以後組立てに及ぼす影響は大きくない。
一方、前記電極組立体１１０は、これを覆い包んで密封する外装材に収容されるように圧迫される。この時、前記電極組立体１１０の外観上、巻取り方向によって長辺部と短辺部とに区分すれば、前記長辺部の長さに対する短辺部の長さの比が２：１以上であることが望ましい。
前記のような構成を有する電極組立体が採用された二次電池を図６に示す。
図面を参照すれば、本発明の一実施例による二次電池１００は、ジェリーロール型の電極組立体１１０と、前記電極組立体１１０を覆い包んで密封する外装材１３０とよりなる。
前記電極組立体１１０は、前述したような構成を有し、前記外装材１３０はパウチ型として、電極組立体１１０が載置されるケース１３２と、前記ケース１３２を密封させるカバー１３１とよりなる。
前記外装材１３０は、基本的に絶縁層、金属層及び保護層が順次に積層された構造を有しうる。前記絶縁層は、最内角層であって、絶縁性及び熱接着性を有する物質層よりなり、前記金属層は水分の浸透を防止し、電解液の損失を防止する役割をする。前記保護層は最外角層であって電池本体を保護する役割をする。しかし、これに限定されず、前記外装材の積層構造は色々な形態を有しうる。
前記外装材１３０において、カバー１３１とケース１３２との内側のエッジ面に位置した絶縁層が熱によって溶融されて相互融着されることによって、前記カバー１３１とケース１３２とが相互結合され、これにより電池１００が密封される。この時、前記電極組立体１１０から引出された負極タブ１２１及び正極タブ１２２は、外装材１３０の外部に突出される。前記のように突出された負極タブ１２１及び正極タブ１２２は外部回路と電気的に連結される。一方、前記電極組立体は、前述したことに限定されず、色々な形態の外装材に収容されて二次電池が構成されうる。
本発明は図面に示された一実施例を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な実施例が可能であることが分かる。よって、本発明の技術的保護範囲は、特許請求の範囲のみによって決定されなければならない。
本発明は負極板が正極板及びセパレータと共に巻取られる過程で生じる変形を最小化できる二次電池に適用可能である。
１００…二次電池、
１１０…電極組立体、
１１１…負極板、
１１２…負極集電体、
１１３…負極コーティング部、
１１４…負極無地部、
１１５…正極板、
１１６…正極集電体、
１１７…正極コーティング部、
１１８…正極無地部、
１２１…負極タブ、
１２２…正極タブ、
１２３…第１セパレータ、
１２４…第２セパレータ、
１３０…外装材、
１３１…カバー、
１３２…ケース。
１１０…電極組立体、
１１１…負極板、
１１２…負極集電体、
１１３…負極コーティング部、
１１４…負極無地部、
１１５…正極板、
１１６…正極集電体、
１１７…正極コーティング部、
１１８…正極無地部、
１２１…負極タブ、
１２２…正極タブ、
１２３…第１セパレータ、
１２４…第２セパレータ、
１３０…外装材、
１３１…カバー、
１３２…ケース。
Claims (9)
- 巻取り時に最内角に位置し負極活物質が形成されていない負極無地部が設けられた負極板と、
前記負極板と所定間隔に離隔されるものであって、巻取り時に最内角に位置し正極活物質が形成されていない正極無地部が設けられた正極板と、
前記負極板と正極板間に介在されて巻取られた状態でこれらを絶縁させるセパレータと、
前記負極無地部及び正極無地部に各々電気的に結合される負極タブ及び正極タブと、
を備え、
前記負極無地部の幅長が前記負極タブの幅長の２〜３倍であることを特徴とするジェリーロール型の電極組立体。 - 前記負極無地部の厚さは、前記正極無地部より薄いことを特徴とする請求項１に記載のジェリーロール型の電極組立体。
- 前記負極板、正極板及び、セパレータが巻取られた状態において、巻取り方向による長辺部の長さに対する短辺部の長さの比が２：１以上であることを特徴とする請求項１に記載のジェリーロール型の電極組立体。
- 巻取り時に最内角に位置し負極活物質が形成されていない負極無地部が設けられた負極板と、
前記負極板と所定間隔に離隔されるものであって、巻取り時に最内角に位置し正極活物質が形成されていない正極無地部が設けられた正極板と、
前記負極板と正極板間に介在されて巻取られた状態でこれらを絶縁させるセパレータと、
前記負極無地部及び正極無地部に各々電気的に結合される負極タブ及び正極タブと、
を備え、
前記負極無地部の幅長が前記負極タブの幅長の２〜３倍であり、前記正極無地部の幅長が前記負極無地部の幅長の１.５〜３倍であり、前記正極無地部及び負極無地部の各開始位置を基準として、前記正極タブが前記負極タブより遠い位置に配置されたことを特徴とするジェリーロール型の電極組立体。 - 巻取り時に最内角に位置し負極活物質が形成されていない負極無地部が設けられた負極板と、前記負極板と所定間隔に離隔されるものであって、巻取り時に最内角に位置し正極活物質が形成されていない正極無地部が設けられた正極板と、前記負極板と正極板間に介在されて巻取られた状態でこれらを絶縁させるセパレータと、前記負極無地部及び正極無地部に各々電気的に結合される負極タブ及び正極タブと、を備え、前記負極無地部の幅長が前記負極タブの幅長の２〜３倍であるジェリーロール型の電極組立体と、
前記電極組立体が収容されるケースと、前記ケースと相互融着結合されて電池を密封させるカバーとを備える外装材と、
を含んでなることを特徴とする二次電池。 - 前記負極無地部の厚さは、前記正極無地部より薄いことを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
- 前記正極無地部の幅長が前記負極無地部の幅長の１.５〜３倍であることを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
- 前記正極無地部及び負極無地部の各開始位置を基準として、前記正極タブが前記負極タブより遠い位置に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
- 前記電極組立体において、巻取り方向による長辺部の長さに対する短辺部の長さの比が２：１以上であることを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR10-2003-0033340A KR100515833B1 (ko) | 2003-05-26 | 2003-05-26 | 젤리-롤형의 전극조립체와 이를 채용한 이차전지 |
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